Нелинейное корректирующее устройство

 

НЕЛИНЕЙНОЕ КОРРЕКТИРУИЦЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее усилитель, последовательно соединенные пиковый детектор, первьвй масштабирукщий блок, первый сумматор и сигнум-реле, последовательно соединенные второй масштабирующий блок и второй сумматор. вторым входом соединенный с вторым входом первого сумматора и с входом нуль-органа, выходом подключенного к управляющему входу пикового детектора , отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия, устройства, в нем дополнительно установлены источник постоянного напряжения и первый и второй переключатели , управляющие входы которых подключены к вькоду второго сумматора, первые сигнальные входы - к второму входу второго сумматора, и к сигнальному входу пикового детектора, выходом соединенного с входом второго масштабируккцего , вторые сигналь-® ные входы первого и второго переклю«Л чателей подключены к выходам соответственно сигнум-реле и источника постоянного напряжения, выход второго переключателя соединен с входом уси- g лителя, ю Од СО ГО ел

„„ЯЦ „„1126925

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК зцр С, 05 В 5/01

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

llO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3629743/24-24 (22) 01. 08. 83 (46) 30.11.84. Бюл.144, (72) В.А.Барабаш, А.Д.Горбачев, Д.И.Коротовцев и А.Я.Родин (71) Минский радиотехнический институт (53) 62-50(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

1@706821, кл. С 05 В 11/01, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР

1Ф840790, кл. С 05 В 5/01, 1979 °

3. Авторское свидетельство СССР

ß 915060, кл. G 05 В 5/01, 1980 (прототип) . (54) (57) НЕЛИНЕЙНОЕ КОРРЕГГИРУ93ЩЕЕ

УСТРОЙСТВО, содержащее усилитель, последовательно соединенные пиковый детектор, первый масштабирующий блок, первый сумматор и сигнум-реле, последовательно соединенные второй масштабирующий блок и второй сумматор, вторым входом соединенный с вторым входом первого сумматора и с входом нуль-органа, выходом подключенного к управляющему входу пикового детектора, о т л и ч а ю щ.е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия. устройства, в нем дополнительно установлены источник постоянного напряжения и первый и второй переключатели, управляюкр е входы которых подключены к выходу второго сумматора, первые сигнальные входы — к второму входу второго сумматора, и к сигнальному входу пикового детектора, выходом соединенного с входом второго

O масштабирующего блока, вторые сигналь-ф ные входы первого и второго переключателей подключены к выходам соответственно сигнум-реле и источника постоянного напряжения, выход второго переключателя соединен с входом усилителя, 30

1 11269

Изобретение относится к двухканальным нелинейным корректирующим устройствам и может быть использовано в быстродействующих системах позиционирования, например в станках с программным управлением, роботах-манипуляторах и т.п.

Известно нелинейное корректирующее устройство, содержащее источник постоянного напряжения, последовательно соединенные первый д>ильтр, первый усилитель, выпрямитель, первый ограничитель, функциональный преобразователь, второй ограничитель, сумматор и блок умножения,и последовательно соединен->5 ные второй Аильтр, второй усилитель и релейный блок, входом соединенный с вторым входом блока умножения. вы-! ход источника постоянного напряжения соединен с вторым входом сумматора, входы первого и второго фильтров соединены между собой (1).

Недостатки известного корректирующего устройства заключаются в сложности настройки, невозможности в широких пределах регулировать требуемое фазовое опережение, которое зависит от частоты входного сигнала, и обеспечить без соответствующей поднастройки оптимальный разгон и торможение исполнительного органа системы автомат гческого регулирования при изменении величины ее ступенчатого задающего воздействия.

Известно также нелинейное корректирующее устройство, содержащее нульорган, последовательно соединенные усилитель, блок выделения модуля и блок умножения, последовательно соединенные пиковой детектор, масштабирующигг блок, сумматор и сигнум—

40 реле, выходом соединенное с вторым входом блока умножения, вход нульоргана соединен с сигнальным входом пикового детектора, вторым входом сумматора и входом усилителя, а вы45 ход — с управляюггим входом пикового

1 детектора (2 г.

В устройстве устранены основные недостатки указанных нелинейных кор— ректирующих устройств, но оно не поз-50 воляет получить оптимальное быстродействие в системе, а обеспечивает лишь апериодический квазискользяпэгй переходный процесс.

Наиболее близким по технической 55 сущности к,данному является устройство, содержащее нуль-орган, последовательно соединенные усилитель, 25 2 блок выделения модуля и блок умножения, последовательно соединенные второй сумматор, пиковый детектор, первьгй масштабирующий блок, первый сумматор, сигнум-реле, формировате>.ь импульсов; блок задержки и элемент

ИЛИ,последовательно соединенные ключ и второй масштабирующий блок, подключенный выходом к второму входу второго сумматора, первым входом подключен-" ного к входу усилителя, к второму входу первого сумматора, к сигнальному входу ключа и к входу нуль-органа, выходом подключенного к второму входу элемента ИЛИ, первым входом подключенного к управляющему входу ключа, выход сигнум-реле подключен к второму входу блока умножения (3).

Недостатком известного устройства является его низкое быстродействие. Введение такого устройства в систему автоматического регулирования приводит к тому, что коэффи гент демпфирования системы зависит от величины сигнала рассогласования и возрастает с ее умень>пением, обеспечивая высокое быстродействие в начале переходного процесса и апериодическое движение на участке установления вблизи точки позиционирования.

Однако устройство не обеспечивает в системе оптимального режима разгона и торможения с максимально возможным ускорением, так как для этого необходимо иметь нулевой коэффициент демпфирования в течение всего переходного процесса. Увеличение коэААициента усиления устройства для повышения быстродействия приводит к появлению в системе колебательных процессов. Цель изобретения — повьппение бьгстродействия устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в нелинейное корректирующее устройство, содержащее усилитель, последовательно соединенные пиковый детектор, первый масштабирующий блок, первый сумматор и сигнум-реле, последовательно соединенные второй масштабирующий блок и второй сумматор, BTopbIM входом соединенньпг с вторым входом первого сумматора и с входом нуль-органа, выходом подключенного к управляющему входу пикового детектора, дополнительно введены источник постоянгип о напряжения и первьгй и второй переключатели, управляющие входы которых подклю11269

3 чены к выходу второго сумматора, первые сигнальные входы — к второму входу второго сумматора и к сигнальному входу пикового детектора, выходом соединенного с входам второго масштабирующего блока вторые сиг5

Ъ нальные входы первого и второго переключателей подключены к выхадаи соответственно сигнум-реле и источника постоянного напряжения, выход второго переключателя соединен с входом усилителя.

Иа фиг.1 представлена блок-схема устройства; на фиг.2 — эпюры напряжений, характеризующие работы коррек15 тирующего устройства, На фиг. 1 приняты следующие обозначения: измеритель рассогласования 1, блок умножения 2, суммирующее устройство 3, исполнительный двигатель

4 с нагрузкой, датчик скорости 5, нелинейное корректирующее устройство 6, в состан которого входят пиковый детектор 7, первый масштабирующий блок 8, первый сумматор 9, сигнум-реле 10, первый переключатель второй масштабирующий блок 12, второй сумматор 13 второй переключатель 14, источник постоянного напряжения 15, нуль-орган 16, усилитель 17-20 — вход и выходы нелинейного корректирующего устройства 6.

0 — выходной сигнал 1-го функционального блока. Выбор коэффициента передачи Ке первого масштаби- 1 рующего блока 8 равным 0,5 обеспечи- 35 вает необходимое положение линии переключения с режима разгона на режим торможения, а выбор величины коэффициента передачи К 320 второго

11 масштабирующего блока обуславливает . 40 переход в установившийся режим после окончания переходного процесса при подходе к точке позиционирования.

Рассмотрим работу нелинейного корректирующего устройства в составе 45 системы автоматического регулирования при коэффициенте передачи второго масштабирующего блока равно 20 (К„ =20)

Устройство работает следующим образом. 50

Пиковый детектор 7 запоминает экстремальное значение сигнала U,, формирует на своем выходе сигнал и хранит его да прихода сигнала на сброс с выхода нуль-органа 16. 55

В блоках масштабирования 8 и 12 значение сигнала LI уменьшается соотl ветственно в 2 и 20 раз и сравнивает.

25 4 ся в сумматорах 9 и 13 с текущим значением сигнала U, . В зависимости от результата сравнения возможны три режима работы системы.

В первом режиме выполняется условие u„ > 0„()0,5(1„. В этом случае выходные сигналы сумматоров 9 и 13 положительны и переключатели 11 и 14 замкнуты на свои вторые входы.

Сигнум-реле 10 через первый переключатель 11 выдает на первый вход суммирующего устройства 3 положительный ступенчатый сигнал U„ требуемой

11 величины, которая определяется ис;ходя из конкретных параметров системы регулирования. На второй вход суммирующего устройства 3 подается произведение выходного сигнала LI< датчика скорости 5 на выходной сигнал источника постоянного напряжения 15, прошедший через второй переключатель

14 и усилитель. 17. В результате суммирования на выходе суммирующего устройства 3 образуется управляющее воздействие U (см.фиг.2), обеспечивающее оптимальный разгон исполнительного двигателя 4.

Ro втором режиме работы, когда

0,05(1 U„ ñ 0, 5 U выходной сигнал первого сумматора 9 становится отрицательным, а выходной сигнал LI второго сумматора 13 остается положительным. Поэтому переключатели 11 и 14 продолжают находиться в прежнем состоянии, но на выходе сигнум-реле

10 формируется отрицательный ступенчатый сигнал 11 определенной ю величины. В рез льтате управляющее воздействие Ц на выходе сум3 мирующего устройства 3 имеет вид, обеспечивающий оптимальное торможение исполнительного двигателя (см.фиг. 2) .

Третий режим возникает при подходе к точке позиционирования и характеризуется соотношением О -

Система н этом случае обеспечивает апериодическое движение в установившемся режиме.

Корректирующее устройство 6 формирует управляющий сигнал Ц =U и (см.фиг.2) таким образом, что ком25

T0„ к (7) $ 11269 пенсирует ЭДС исполнительного двигателя 4„ обеспечивая его разгон и торможение с максимально возможным ускорением.

Рассмотрим .поведение системы ре5 гулирования с исполнительным двигателем 4, имеющим передаточную функцию следующего вида

U1PI 4 SO 1 4(р)- 11 р Рр р+ a ) р(005р+1) где 1ф (р) К, T — соответственно передаточная функция, коэффициент усиления и постоянная времени исполнительного двигателя 4 с нагрузкой на валу.

Дифференциальное уравнение, описывающее поведение системы с учетом выражения (1), примет вид

Т 1 . + 14= <4"

Значение сигнала 0 определяется режимом работы

0 0 К +ц- ярн («(О ЗQ,5lJ

3 15 и 4 f0

7 1 (1 =1 u„u 0Р О,ОЮ,< U } О,50„,; <41

Ц К (1 у 0 при д(01 60г 5 07 у де U — величина сигналя на выходе источника 15 постоянного напряжения, К вЂ” произведение коэффициентов и передачи усилителя и датчика скорости 5.

U — величина ступенчатого сигна 0 35 ла на выходе сигнум-реле 10.

Если выполнить условие Uqg K

=1/ k и подставить уравнения (3)(5) в выражение (2), получим

6 при U >10„1 - 0,50 (6) т 0,=К4u ïðè О 05V„<(u„) 0,50, TU+ 1-К К4 О )U =.К 0 при 0

60 05U (8) !

Уравнения (6) и (7) описывают соответственно разгон и торможение с максимальным ускорением (04j=k 0 /T

4 410 4.

Так, если принять, что максимально допустимое ускорение для двигателя

4 равно, например 400 с то для численных значений (1) получим M a=0,4В

Переключение с разгона на торможение происходит при (У =О, 5 О

Уравнение (8) описывает режим вблизи точки позиционирования, когда кинетическая энергия уже погашена предыдущим режимом торможения. Теперь система переходит в устойчивый установиво ийся режим работыс коэффициентом усиления К4обеспечивающим требуемую точность позиционирования.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет повысить быстродействие системы и эксплуатировать исполнительный двигатель с самым высоким КПД за счет обеспечения режимов разгона и торможения с максимально допустимым ускорением. Это повьпиает быстродействие системы на

25-30 и поднимает ее производительность. Оптимальный режим работы ис полнительного двигателя увеличивает сРок его эксплуатации, что дает не толька технический, но и экономический эффект.

1126925

Заказ 8691/36 Тираж 841

ВНИИ11И Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подпис нос

Филиал 11П11 "11атент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель Ю. Гладков

Редактор О. Колесникова Техред С.Мигунова Корректор А.Обручар